JP2017164727A - 耐熱フィルター用乾式不織布およびそれからなるバグフィルター - Google Patents

Abstract

【課題】本発明によれば、優れたダスト剥離性、ダスト集塵性を有しながら、高温下での剛性、耐摩耗性に優れる耐熱フィルター用乾式不織布を提供することができる。【解決手段】本発明の耐熱フィルター用乾式不織布は、ポリフェニレンサルファイド繊維からなる耐熱フィルター用乾式不織布であって、ろ過面となる第１ウェブ層、補強布層、非ろ過面となる第２ウェブ層からなり、前記第１ウェブ層が、第１ウェブ層全体を１００重量％として、繊度０．５〜１．２ｄｔｅｘであり、且つ繊維長２５ｍｍ以上〜４４ｍｍ以下のポリフェニレンサルファイド繊維を５〜６０重量％、１．３〜２．５ｄｔｅｘであり、且つ繊維長３０ｍｍ以上〜７６ｍｍ以下のポリフェニレンサルファイド繊維を４０〜９５重量％含むことを特徴とする耐熱フィルター用乾式不織布である。【選択図】 なし

Description

本発明は、生産性を損なうことなく、耐熱性、捕集性およびフィルター寿命に優れた、耐熱フィルター用乾式不織布およびそれからなるバグフィルターに関するものである。

空気を清浄化するフィルター材には、内部ろ過用フィルター材と表面ろ過用フィルター材とがあり、集塵機では表面ろ過用フィルター材が用いられる。表面ろ過とは、ダストをフィルター材表面で捕集してダスト層をフィルター材表面に形成させ、そのダスト層によって、次々にダストを捕集し、ダスト層がある程度の厚さになったら空気圧によってフィルター材表面からダスト層を除去し、再びフィルター材表面にダスト層を形成させる操作を繰り返すものである。

ゴミ焼却炉、石炭ボイラー、あるいは金属溶鉱炉などから排出される高温の排ガスをろ過するためのフィルター材を構成する繊維としては、耐熱性および耐薬品性に優れたポリフェニレンサルファイド（以下ＰＰＳと略す）繊維、メタ系アラミド繊維、フッ素系繊維、ポリイミド繊維などを用いた不織布からなるフィルター材が用いられてきた。中でもＰＰＳ繊維は、優れた耐加水分解性、耐酸性および耐アルカリ性を有していることから、石炭ボイラーの集塵用バグフィルターとして広く用いられている。

バグフィルターには、良好なダスト剥離性能およびダスト捕集性能がフィルター性能として求められる。ダスト剥離性能が劣るとバグフィルターがダストによる目詰まりし、集塵機の圧力損失が上昇し問題となる。また、排ガス中の煤塵濃度を低下させるために出すと捕集性能に優れたバグフィルターが求められている。

特許文献１には、ダスト捕集層と強度保持層の２層構造とし、ＰＰＳをメルトブローした不織布をダスト捕集層に用いたろ過布が提案されている。

特許文献２には、単繊維繊度が１．８ｄ（２．０ｄｔｅｘ）以下のＰＰＳ繊維を表面層に配置したろ過布が提案されている。

特許文献３には、少なくとも２層のウェブを含み、エアー流入面側のウェブが、繊維径１５μｍ以下の耐熱性繊維からなり、エアー排出面側のウェブが、繊維径２０μｍ以上の耐熱性繊維からなるフィルター材が提案されている。

特開２０１０―２６４４３０号公報 特開平１０―１６５７２９号公報 特開２０１１―５８６０号公報

特許文献１のろ過布は確かに、ダスト剥離性能とダスト集塵性能が良好となるものの、製造にニードルパンチ、メルトブロー、ウォータージェットパンチの各工程が必要となり、特定の設備のみ製造可能となる上に高コストとなる問題があった。

特許文献２の方法では確かに、ダスト剥離性能、およびダスト集塵性能は良好であるものの、高温下での剛性、および耐摩耗性が十分でないために、使用時において物理的なろ過布の劣化が進行し、破損が生じるなどの問題があった。

特許文献３の方法では確かに、剛性、耐摩耗性は良好となるものの、エアー排出面側の太繊維径繊維がエアー流入面側まで絡合するために、十分なダスト剥離性能、ダスト集塵性能が得られないといった問題があった。

そこで本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決せんとするのものであり、ろ過面となる第１ウェブ層を形成する繊維の繊維長を短繊維化することで、繊維の構成本数を増加させることにより、優れたダスト捕集性能を有する乾式不織布およびそれからなるバグフィルターを提供するものである。

本発明者らは、上記課題を解決するために検討した結果、次の手段により達成出来ることを見出し、本発明に至った。

本発明の耐熱フィルター用乾式不織布は、ポリフェニレンサルファイド繊維からなる耐熱フィルター用乾式不織布であって、ろ過面となる第１ウェブ層、補強布層、非ろ過面となる第２ウェブ層からなり、前記第１ウェブ層が、第１ウェブ層全体を１００重量％として、繊度０．５〜１．２ｄｔｅｘであり、且つ繊維長２５ｍｍ以上〜４４ｍｍ以下のポリフェニレンサルファイド繊維を５〜６０重量％、１．３〜２．５ｄｔｅｘであり、且つ繊維長３０ｍｍ以上〜７６ｍｍ以下のポリフェニレンサルファイド繊維を４０〜９５重量％含むことを特徴とする耐熱フィルター用乾式不織布である。

また、本発明のバグフィルターは、前記耐熱フィルター用乾式不織布を袋状に縫製することによって得られるものである。

本発明によれば、優れたダスト剥離性、ダスト集塵性を有しながら、高温下での剛性、耐摩耗性に優れる耐熱フィルター用乾式不織布を提供することができる。

次に、本発明の耐熱フィルター用フェルトについて詳細に説明する。

本発明の耐熱フィルター用乾式不織布は、ポリフェニレンサルファイド繊維からなる耐熱フィルター用乾式不織布であって、ろ過面となる第１ウェブ層、補強布層、非ろ過面となる第２ウェブ層からなり、前記第１ウェブ層が、第１ウェブ層全体を１００重量％として、繊度０．５〜１．２ｄｔｅｘであり、且つ繊維長２５ｍｍ以上〜４４ｍｍ以下のポリフェニレンサルファイド繊維を５〜６０重量％、１．３〜２．５ｄｔｅｘであり、且つ繊維長３０ｍｍ以上〜７６ｍｍ以下のポリフェニレンサルファイド繊維を４０〜９５重量％含むことを特徴とする耐熱フィルター用乾式不織布である。
また、本発明のバグフィルターは、前記耐熱フィルター用フェルトを袋状に縫製することによって得られるものである。

本発明で用いられるＰＰＳ樹脂中には、その重合の過程において、メタ−フェニレンサルファイド単位、フェニレンエーテル単位、フェニレンスルホン単位、フェニレンケトン単位、ビフェニレンケトン単位等の構成単位が形成される場合があり、これら構成単位を１０％以下含んでいてもよい。

本発明の耐熱フィルター用フェルトは、ろ過面である第１ウェブ層、補強布層、非ろ過面である第２ウェブ層の３層構造からなり、いずれの層も前記ポリフェニレンサルファイド繊維からなるものである。

本発明の耐熱フィルター用フェルトの製造方法は、例えば、第１ウェブ層として、第１ウェブ層全体を１００重量％として、繊度０．５〜１．２ｄｔｅｘであり、且つ繊維長２５ｍｍ以上〜４４ｍｍ以下のポリフェニレンサルファイド繊維を５〜６０重量％、１．３〜２．５ｄｔｅｘであり、且つ繊維長３０ｍｍ以上〜７６ｍｍ以下のポリフェニレンサルファイド繊維を４０〜９５重量％含むウェブを作成し、補強布として積層した後、ポリフェニレンサルファイド繊維からなる第２ウェブ層を作成し、前記第１ウェブ層と補強布を積層したものに更に積層した後、これらを絡合して一体化する方法を好適に用いることが出来る。ウェブを作成する方法としては、例えば、耐熱性繊維の短繊維をカードマシンに通してウェブとする方法を好適に用いることができる。また、ウェブを絡合して一体化する方法としては、ニードルパンチ、またはウォータージェットパンチが好ましい。

第１ウェブ層の構成においては、繊度０．５〜１．２ｄｔｅｘの細繊度繊維と、繊度１．３〜２．５ｄｔｅｘの太繊度繊維とを、所定の範囲にて混合して使用することが重要である。

細繊度繊維の繊度は０．５〜１．２ｄｔｅｘである。０．５ｄｔｅｘを下回る場合は、フィルターの圧力損失が高くなり、フィルター寿命が短縮するほか、フェルト加工性が悪くなる。細繊度繊維の繊度の下限は好ましくは０．７ｄｔｅｘであり、更に好ましくは０．８ｄｔｅｘである。１．２ｄｔｅｘを上回る場合は、目的とするダスト剥離性能、ダスト集塵性能が得られない。細繊度繊維の繊度の上限は好ましくは１．１ｄｔｅｘであり、更に好ましくは１．０ｄｔｅｘである。

細繊度繊維の繊維長は、２５〜４４ｍｍである。２５ｍｍを下回る場合、フェルト加工性が悪くなる。細繊度繊維の繊維長の下限は好ましくは２８ｍｍであり、更に好ましくは３０ｍｍである。４４ｍｍを上回る場合は、目的とするダスト剥離性能、ダスト集塵性能が得られない。細繊度繊維の繊維長の上限は好ましくは、４０ｍｍでありより好ましくは３８ｍｍである。

細繊度繊維の含有率は、第１ウェブ層全体を１００重量％として、５〜６０重量％である。細繊度繊維の含有率が５重量％を下回る場合には、目的とするダスト剥離性能、ダスト集塵性能が得られない。細繊度繊維の含有率の下限は好ましくは１０重量％であり、より好ましくは２０重量％である。細繊度繊維の含有率が６０重量％を上回る場合には、フィルターの圧力損失が高くなり、フィルター寿命が短縮するほか、フェルト加工性が悪くなる。細繊度繊維の含有率の上限は好ましくは５５重量％であり、更に好ましくは５０重量％である。

太繊度繊維の繊度は１．３〜２．５ｄｔｅｘである。太繊度繊維の繊度が１．３ｄｔｅｘを下回る場合は、フェルト加工性が悪くなる。太繊度繊維の繊度の下限は好ましくは１．４ｄｔｅｘ、更に好ましくは１．５ｄｔｅｘである。太繊度繊維の繊度が２．５ｄｔｅｘを上回る場合は、目的のダスト剥離性能、ダスト集塵性能が得られない。太繊度繊維の繊度の上限は好ましくは２．２ｄｔｅｘであり、更に好ましくは１．８ｄｔｅｘである。

太繊度繊維の繊維長は、３０〜７６ｍｍである。３０ｍｍを下回る場合、フェルト加工性が悪くなる。細繊度繊維の繊維長の下限は好ましくは３５ｍｍであり、更に好ましくは３８ｍｍである。７６ｍｍを上回る場合は、目的とするダスト剥離性能、ダスト集塵性能が得られない。細繊度繊維の繊維長の上限は好ましくは、６４ｍｍでありより好ましくは５１ｍｍである。

太繊度繊維の含有率は、第１ウェブ層全体を１００重量％として、４０〜９５重量％である。太繊度繊維の含有率が４０重量％を下回る場合には、フェルト加工性が悪くなる。太繊度繊維の含有率の下限は好ましくは４５重量％であり、更に好ましくは５０重量％である。太繊度繊維の含有率が９５重量％を上回る場合には、目的のダスト剥離性能、ダスト集塵性能が得られない。太繊度繊維の含有率の上限は好ましくは９０重量％であり、更に好ましくは８０重量％である。

これら第１ウェブ層においては、目的とする性能を損なわない範囲であれば、その他繊維を混合することも出来るが、耐熱性という観点からは、メタ系アラミド繊維、ポリイミド繊維などが好ましく、その含有率は、第１ウェブ層全体を１００重量％として、好ましくは１０重量％以下、更に好ましくは５重量％以下である。フッ素系繊維は、使用したフィルターを処分する際、焼却処分が不可となるため好ましくない。

第２ウェブ層においては、繊度が１．０〜４．０ｄｔｅｘのポリフェニレンサルファイド繊維からなり、かつ下記式１を満足することが好ましい。

Ｘ₁≦Ｘ_２- （式１）
（ここで、Ｘ_１は第１ウェブ層を構成する繊維の平均繊度を示し、Ｘ_２は第２ウェブ層を構成する繊維の平均繊度を示す）
第２ウェブ層は、ポリフェニレンサルファイド繊維の繊度が範囲内にあれば、単一繊度の繊維を用いても、異繊度繊維の混合であってもよい。また、目的の効果を損なわない範囲であれば、その他繊維を混合することも出来るが、耐熱性という観点からは、メタ系アラミド繊維、ポリイミド繊維などが好ましく、その含有率は、第２ウェブ層全体を１００重量％として、好ましくは１０重量％以下、更に好ましくは５重量％以下である。フッ素系繊維は、使用したフィルターを処分する際、焼却処分が不可となるため好ましくない。

補強布層においては、ポリフェニレンサルファイド繊維を用いた補強布であることを除いては特に限定するものではないが、得られるフェルトの強度向上の観点からは、高強度のポリフェニレンサルファイド繊維を用いる事が好ましい。ポリフェニレンサルファイド繊維の強度の下限は、好ましくは４．２ｃＮ／ｄｔｅｘ、より好ましくは４．５ｃＮ／ｄｔｅｘ、更に好ましくは５．０ｃＮ／ｄｔｅｘである。

補強布に用いられるポリフェニレンサルファイド繊維の形態としては、短繊維紡績糸またはマルチフィラメントを用いる事が望ましい。特に短繊維紡績糸は、ウェブとの絡合性が良く、繊維の表面積が多くなるため、フィルター材のダスト捕集効率が良くなる点では好適である。補強布を構成する繊維の繊度としては、特に限定するものではないが、繊度が太すぎると織り条件によっては補強布の目が詰まりやすい傾向にあり、圧力損失が高くなるため好ましくない。逆に、繊度が細すぎると、織り密度が低くなり通気量は高くなる傾向にあるが、補強布としての強度が低下する傾向にあり、フェルト全体の機械的強度が低下するため好ましくない。

耐熱フィルター用フェルトの目付は、フェルト加工機のラインスピードに対する、繊維原料の投入量によって主に調整可能であり、その他フェルト加工条件によっても当業者が適宜調整可能である。

本発明の耐熱フィルター用フェルトは、ダストが堆積する第１ウェブ層側のウェブ表面の一部を融着させることにより、更にダスト剥離性能やダスト捕集効率を高めることができる。ウェブ表面の一部を融着させる方法としては、毛焼き処理やミラー加工などの方法を用いることができる。具体的には、耐熱フィルター用フェルトの第１ウェブ層に、バーナー炎あるいは赤外線ヒーターなどによる毛焼き処理を行ったり、熱ロールでプレスするものである。かかる処理をすることによって、第１ウェブ層のウェブ表面の少なくとも一部を融着したり、目詰めしたりすることにより、ダスト捕集効率を向上させることができる。

このようにして得られた耐熱フィルター用フェルトは、袋状に縫製し、耐熱性の要求されるゴミ焼却炉や石炭ボイラー、もしくは金属溶鉱炉などの排ガスを集塵するバグフィルターとして好適に使用される。この縫製に使用される縫糸としては、耐熱性、耐薬品性を有する繊維素材で構成された糸を使用することが好ましく、なかでもポリフェニレンサルファイド繊維を用いることが好ましい。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

なお、耐熱フィルター用フェルトの各物性の測定方法は以下の通りである。

＜目付け（ｇ／ｍ^２）＞
ＪＩＳ−Ｌ１０８５（１９９８年）の方法により、２０ｃｍ×２０ｃｍの試料を３枚作成、重量を測定し、その平均値をｍ^２あたりの質量として求めた。

＜厚み（ｍｍ）＞
フェルトの厚みを、シックネスダイヤルゲージ（押し圧力２５０ｇ／ｃｍ^２＝０．０００２４５Ｐａ）にて無作為に１０点測定し、その平均値として算出した。

＜密度（ｇ／ｃｍ^３）＞
上記目付、厚みから算出した。

＜強度（Ｎ／ｃｍ）、伸度（％）＞
ＪＩＳ−Ｌ１０８５（１９９８年）の方法により、定速伸張型引張試験機にて、フェルトの試験片５サンプルの平均値として、タテ方向、ヨコ方向それぞれ算出した。

＜出口ダスト濃度（ｍｇ／ｍ^３）＞
ＶＤＩ−３９２６（２００６年）の方法により、エージング後の最終３０回におけるフィルターを通過したダスト量と、その通気量から出口ダスト濃度を算出した。

＜循環時間（ｓ）＞
ＶＤＩ−３９２６（２００６年）の方法により、エージング後の最終３０回におけるパルス照射時間の積算時間により求めた。

（実施例１）
繊度２．２ｄｔｅｘ、カット長５１ｍｍのＰＰＳ短繊維（東レ（株）“トルコン（Ｒ）”Ｓ３９１−２．２Ｔ５１ｍｍ）を用い、単糸番手２０ｓ、合糸本数２本の紡績糸（以下、２０ｓ／２）と、単糸番手７ｓの紡績糸（以下７ｓ／１）を得た。これら紡績糸のうち、２０ｓ／２を経糸に、７ｓ／１を緯糸にして平織りとし、経糸密度３０本・２．５４／ｃｍ、緯糸密度１８本／２．５４ｃｍのＰＰＳ紡績糸平織物を得た。この織物を補強布とした。

織物の片面に、繊度０．８ｄｔｅｘ、カット長３０ｍｍのＰＰＳ短繊維と、繊度１．５ｄｔｅｘ、カット長３８ｍｍのＰＰＳ短繊維（東レ（株）“トルコン（Ｒ）”）とを重量比３０：７０で混面した短繊維をオープナー、カーディング処理した後、クロスラッパーにて目付約２２０ｇ／ｍ^２としたウェブを積層した後、刺針密度１００本／ｃｍ^２にて仮ニードルパンチした。このウェブが、ろ過面である第１ウェブ層となる。

織物のもう一方の面に、第１ウェブ層で用いた物と同一の繊度２．２ｄｔｅｘ、カット長５１ｍｍのＰＰＳ短繊維１００％をオープナー、カーディング処理した後、クロスラッパーにて目付約２２０ｇ／ｍ^２としたウェブを積層した後、刺針密度１００本／ｃｍ^２にて仮ニードルパンチした。このウェブが、非ろ過面である第２ウェブ層となる。

更にニードルパンチ加工により補強布と上述のウェブを交絡させ、目付５５２ｇ／ｍ^２、総刺針密度５００本／ｃｍ^２のフェルトを得た。得られたフェルトの性能を表１に示した。

（実施例２）
第２ウェブ層に用いた繊度０．８ｄｔｅｘ、カット長３０ｍｍのＰＰＳ短繊維と、繊度１．５ｄｔｅｘ、カット長５１ｍｍのＰＰＳ短繊維（東レ（株）“トルコン（Ｒ）”）とを重量比３０：７０で混面した短繊維とした以外は、実施例１と同様にしてフェルトを作成し、目付５５２ｇ／ｍ^２のフェルトを得た。得られたフェルトの性能を表１に示した。

（実施例３）
第２ウェブ層に用いた繊度０．８ｄｔｅｘ、カット長３８ｍｍのＰＰＳ短繊維と、繊度１．５ｄｔｅｘ、カット長５１ｍｍのＰＰＳ短繊維（東レ（株）“トルコン（Ｒ）”）とを重量比３０：７０で混面した短繊維とした以外は、実施例１と同様にしてフェルトを作成し、目付５５２ｇ／ｍ^２のフェルトを得た。得られたフェルトの性能を表１に示した。

（実施例４）
第２ウェブ層に用いた繊度０．８ｄｔｅｘ、カット長３０ｍｍのＰＰＳ短繊維と、繊度１．５ｄｔｅｘ、カット長３８ｍｍのＰＰＳ短繊維（東レ（株）“トルコン（Ｒ）”）とを重量比５０：５０で混面した短繊維とした以外は、実施例１と同様にしてフェルトを作成し、目付５５２ｇ／ｍ^２のフェルトを得た。得られたフェルトの性能を表１に示した。

（比較例１）
第２ウェブ層に用いた繊度０．８ｄｔｅｘ、カット長２４ｍｍのＰＰＳ短繊維と、繊度１．５ｄｔｅｘ、カット長５１ｍｍのＰＰＳ短繊維（東レ（株）“トルコン（Ｒ）”）とを重量比３０：７０で混面した短繊維とした以外は、実施例１と同様にしてフェルトを作成し、目付５５２ｇ／ｍ^２のフェルトを得た。得られたフェルトの性能を表１に示した。

（比較例２）
第２ウェブ層に用いた繊度０．８ｄｔｅｘ、カット長５１ｍｍのＰＰＳ短繊維と、繊度１．５ｄｔｅｘ、カット長５１ｍｍのＰＰＳ短繊維（東レ（株）“トルコン（Ｒ）”）とを重量比３０：７０で混面した短繊維とした以外は、実施例１と同様にしてフェルトを作成し、目付５５２ｇ／ｍ^２のフェルトを得た。得られたフェルトの性能を表１に示した。

（比較例３）
第２ウェブ層に用いた繊度０．８ｄｔｅｘ、カット長３０ｍｍのＰＰＳ短繊維と、繊度１．５ｄｔｅｘ、カット長２８ｍｍのＰＰＳ短繊維（東レ（株）“トルコン（Ｒ）”）とを重量比３０：７０で混面した短繊維とした以外は、実施例１と同様にしてフェルトを作成し、目付５５２ｇ／ｍ^２のフェルトを得た。得られたフェルトの性能を表１に示した。

（比較例４）
第２ウェブ層に用いた繊度０．８ｄｔｅｘ、カット長３０ｍｍのＰＰＳ短繊維と、繊度１．５ｄｔｅｘ、カット長８０ｍｍのＰＰＳ短繊維（東レ（株）“トルコン（Ｒ）”）とを重量比３０：７０で混面した短繊維とした以外は、実施例１と同様にしてフェルトを作成し、目付５５２ｇ／ｍ^２のフェルトを得た。得られたフェルトの性能を表１に示した。

実施例１、実施例２、実施例３、実施例４で得られたフェルトは、良好なフェルト加工性でありながら、ダスト集塵性能の指標となる出口ダスト濃度と、フィルター寿命の指標となる循環時間に優れていることが示された。一般的に、出口ダスト濃度は、０．３ｍｇ／ｍ^３以下、循環時間は７，０００ｓ以上が良好とされる。

比較例１で得られたフェルトは、第１ウェブ層の細繊度繊維のカット長が２４ｍｍと短いためフェルト加工性が悪くなり、比較例３では、第１ウェブ層の太繊度繊維のカット長が２８ｍｍと短いため、比較例１と同様、フェルト加工性が悪くなる。

比較例２で得られたフェルトは、第１ウェブ層の細繊度繊維のカット長が５１ｍｍと長いため、目的とした出口ダスト濃度が得られなかった。

比較例４で得られたフェルトは、第１ウェブ層の太繊度繊維のカット長が８０ｍｍｍｍと長いため、目的とした出口ダスト濃度が得られなかった。

Claims (2)

1. 本発明の耐熱フィルター用乾式不織布は、ポリフェニレンサルファイド繊維からなる耐熱フィルター用乾式不織布であって、ろ過面となる第１ウェブ層、補強布層、非ろ過面となる第２ウェブ層からなり、前記第１ウェブ層が、第１ウェブ層全体を１００重量％として、繊度０．５〜１．２ｄｔｅｘであり、且つ繊維長２５ｍｍ以上〜４４ｍｍ以下のポリフェニレンサルファイド繊維を５〜６０重量％、１．３〜２．５ｄｔｅｘであり、且つ繊維長３０ｍｍ以上〜７６ｍｍ以下のポリフェニレンサルファイド繊維を４０〜９５重量％含むことを特徴とする耐熱フィルター用乾式不織布。
2. 請求項１記載の耐熱フィルター用乾式不織布を、袋状に縫製して得られるバグフィルター。